反馈式三端式LC振荡器

上节内容回顾与扩展 上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的匹配网络高频谐振功放的匹配网络工作在所需状态时的匹配网络匹配网络同时又是选频网络。匹配网络同时又是选频网络。匹配网络还可起到隔离作用。匹配网络还可起到隔离作用。1输出匹配网络输出匹配网络中介回路效率：中介回路效率：10欠压欠压末级射频谐功放应工作末级射频谐功放应工作在略欠压状态在略欠压状态末级功放匹配的概念？末级功放匹配的概念？高频谐振功放的匹配网络高频谐振功放的匹配网络上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展2级间匹配网络级间匹配网络中间级输出级应保证负载变化，输出电压恒定应保证负载变化，输出电压恒定欠压过压0临界Rp恒流源恒压源恒压源恒压源中间级工作于中间级工作于恒压源状态恒压源状态过压状态过压状态上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的匹配网络高频谐振功放的匹配网络上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展高频谐振功放的实际网络高频谐振功放的实际网络l第三章第三章 波形发生与变换电路波形发生与变换电路 （P218)3.1 LC反馈正弦波振荡器的工作原理反馈正弦波振荡器的工作原理3.2 反馈型晶体管反馈型晶体管LC振荡器电路振荡器电路3.3 频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路3.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器高高频频电电路路1.1.定义定义高频高频功放功放不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。第三章第三章 波形发生与变换电路波形发生与变换电路l1、自激振荡器自激振荡器l2、振荡器与放大器的区别、振荡器与放大器的区别l3、不同的振荡器、不同的振荡器 频谱纯度频谱纯度 稳定度稳定度l4、应用广泛、应用广泛由于大多数高频振荡器都是利用由于大多数高频振荡器都是利用由于大多数高频振荡器都是利用由于大多数高频振荡器都是利用LCLC回路来产生振荡的，回路来产生振荡的，回路来产生振荡的，回路来产生振荡的，因此应首先研究因此应首先研究因此应首先研究因此应首先研究LCLC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。器工作原理的预备知识。器工作原理的预备知识。器工作原理的预备知识。LCRLCR自由振荡电路自由振荡电路自由振荡电路自由振荡电路 所谓所谓“谐振谐振”，就能量关系而，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不言，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。振荡。1）振荡振荡回路回路，包含两个（或两个以上）储能，包含两个（或两个以上）储能元件元件。在这两个。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收就接收能量。释放与接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其能量可以往返进行，其频率决定频率决定于元件的于元件的数值。数值。2）一个能量来源一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的，补充由振荡回路电阻所产生的能量能量损失。损失。在晶体管振荡器中在晶体管振荡器中，这个能源，这个能源就是就是直流电源。直流电源。3）一个控制设备一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻，可以使电源功率在正确的时刻补充电补充电路的路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件有源器件和正反馈电路完和正反馈电路完成的成的。利用正反馈方法来获得等幅的正弦振荡利用正反馈方法来获得等幅的正弦振荡,这这就是反馈振荡器的基本原理。就是反馈振荡器的基本原理。反馈振荡器是由反馈振荡器是由主网络主网络和和反馈网络反馈网络组成的一个闭合环路。组成的一个闭合环路。其其主主网络一般由放大器和选频网络组成网络一般由放大器和选频网络组成,反馈网络反馈网络一般由无源器件组成一般由无源器件组成。ufu0ui放大器放大器a.晶体三极管晶体三极管b.场效应管场效应管c.差分放大器差分放大器d.运算放大器运算放大器选频网络选频网络a.LC并联谐振回路并联谐振回路b.RC选频网络选频网络c.晶体滤波器等晶体滤波器等反馈网络反馈网络a.电容分压电容分压b.电感分压电感分压c.变压器耦合变压器耦合d.电阻分压电阻分压振荡器组成3.1 LC 反馈正弦波振荡器的工作原理反馈正弦波振荡器的工作原理l如何产生一个振荡？电容中存储的电能和电感中电容中存储的电能和电感中存储的磁能就会交替转换而形成振荡。存储的磁能就会交替转换而形成振荡。回路电压方程回路的衰减系数 回路的无阻尼振荡角频率+V-V+3.1 LC 反馈正弦波振荡器的工作原理反馈正弦波振荡器的工作原理回路的衰减系数 回路的无阻尼振荡角频率 初始条件 与 非振荡型与 衰减振荡型3.1 LC 反馈正弦波振荡器的工作原理反馈正弦波振荡器的工作原理回路的衰减系数 回路的无阻尼振荡角频率 增幅振荡 阻尼振荡等幅振荡在电路中引入在电路中引入正反馈正反馈就相当于引入了负电阻。就相当于引入了负电阻。振荡频率为：3.1 LC 反馈正弦波振荡器的工作原理反馈正弦波振荡器的工作原理在电路中引入正反馈就相当于引入了负电阻。在电路中引入正反馈就相当于引入了负电阻。负电阻提供能量，能量的提供需要合适的时间！负电阻提供能量，能量的提供需要合适的时间！3.1 LC 反馈正弦波振荡器的工作原理反馈正弦波振荡器的工作原理l(1)具有放大能力的有源器件。它的作用是不断具有放大能力的有源器件。它的作用是不断地向振荡系统补充能量，以维持等幅振荡并输地向振荡系统补充能量，以维持等幅振荡并输出给负载。出给负载。l(2)由储能元件组成的选频网络。选频网络决定由储能元件组成的选频网络。选频网络决定着振荡器的振荡频率。着振荡器的振荡频率。l(3)控制能量补充的正反馈网络。该网络控制能控制能量补充的正反馈网络。该网络控制能量适时、适度地补充给振荡系统。量适时、适度地补充给振荡系统。n振荡器的工作原理与振荡器的工作原理与LC谐振回路的自由谐振回路的自由振荡类似，它至少应由以下三部分组成。振荡类似，它至少应由以下三部分组成。3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件自激振荡的建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器1、决定振荡频率的储能回路、决定振荡频率的储能回路2、控制合适补充能量的系统、控制合适补充能量的系统3、能源的提供与合适的偏置电路、能源的提供与合适的偏置电路+-+-+正反馈（由同名端保证的）正反馈（由同名端保证的）也称为相位条件也称为相位条件放大器（放大器（）也称为振幅条件也称为振幅条件3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件自激振荡的建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器限幅放大器的放大倍数（开环增益）反馈网络的反馈系数 正反馈：闭环增益：闭环增益：3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件自激振荡的建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器闭环增益：闭环增益：建立等幅振荡器的条件建立等幅振荡器的条件（振荡平衡条件振荡平衡条件）3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件自激振荡的建立过程及起振条件放大器放大器 振荡器振荡器使振荡器输出的幅度越来越大 起振条件起振条件能否输出变得越来越大无限增长？能否输出变得越来越大无限增长？希望最终可以输出等幅振荡。希望最终可以输出等幅振荡。3.1.2振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件l如何让振荡器输出由起振时的振幅逐渐加大到如何让振荡器输出由起振时的振幅逐渐加大到最终输出的稳幅振荡？最终输出的稳幅振荡？限幅放大器的放大倍数（开环增益）反馈网络的反馈系数 一般不变一般不变如何让如何让A由大变小？由大变小？3.1.2振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件振荡器的偏置电路振荡器的偏置电路VBVEV b(t)VQ工作状态发生改变，工作状态发生改变，由甲类到丙类！由甲类到丙类！让让A由大变小。由大变小。3.1.2振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件工作状态发生改变，工作状态发生改变，由甲类到丙类！由甲类到丙类！3.1.2振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件振幅平衡振幅平衡振幅平衡振幅平衡A3.1.3 振荡器的振幅平衡的稳定条件振荡器的振幅平衡的稳定条件N点点 稳定平衡点稳定平衡点 在实际设计中，如果静态工在实际设计中，如果静态工作点设计不当，振荡特性可能不作点设计不当，振荡特性可能不是单调下降的。是单调下降的。这种振荡器电路一般这种振荡器电路一般不能自行起振，而必须给以不能自行起振，而必须给以一个较大幅度的初始激励，一个较大幅度的初始激励，使动态点越过不稳定平衡点使动态点越过不稳定平衡点M才能起振，这叫硬激励起振，才能起振，这叫硬激励起振，设计电路要力加避免。设计电路要力加避免。3.1.3 振荡器的振幅平衡的稳定条件振荡器的振幅平衡的稳定条件振幅平衡的稳定条件是平衡点的位置必须满足：3.1.4 振荡器的相位平衡的稳定条件振荡器的相位平衡的稳定条件振荡器平衡的相位条件实际上是正反馈条件放大器的相移 放大器本身的相移(可认为是 引起的相移)谐振回路的相移 或相位平衡若遭到破坏，产生一个正的相位增量反馈电压 超前原来输入电压 (前一次反馈电压)一个相角3.1.4 振荡器的相位平衡的稳定条件振荡器的相位平衡的稳定条件相位平衡若遭到破坏，产生一个正的相位增量反馈电压 超前原来输入电压 (前一次反馈电压)一个相角相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低，相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低，振荡器本身的某一机构应有恢复相位平衡的能力振荡器本身的某一机构应有恢复相位平衡的能力什么电路结构具有此种相位特性？什么电路结构具有此种相位特性？3.1.4 振荡器的相位平衡的稳定条件振荡器的相位平衡的稳定条件谐振回路的相频特性曲线在工作频率附近具有负的斜率，谐振回路的相频特性曲线在工作频率附近具有负的斜率，能保证相位平衡的稳定性。能保证相位平衡的稳定性。l第三章第三章 波形发生与变换电路波形发生与变换电路 （P218)3.1 LC反馈正弦波振荡器的工作原理反馈正弦波振荡器的工作原理3.2 反馈型晶体管反馈型晶体管LC振荡器电路振荡器电路3.3 频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路3.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器3.2 反馈型晶体管反馈型晶体管LC振荡器电路振荡器电路l换能器件：换能器件：晶体管晶体管 电子管电子管 场效应管场效应管 集成电路集成电路l反馈耦合元件类型：反馈耦合元件类型：变压器耦合型变压器耦合型 电感反馈式电感反馈式 电容反馈式电容反馈式三端式振荡器三端式振荡器l3.2.1 变压器耦合变压器耦合LC反馈振荡器反馈振荡器3.2.1 变压器耦合变压器耦合LC反馈振荡器反馈振荡器组合式偏置电路组合式偏置电路集电极调谐型集电极调谐型思考：思考：1、电路的直流馈电？、电路的直流馈电？2、交流接地端位置？、交流接地端位置？3、此电路是否为正反馈？、此电路是否为正反馈？共基电路，初次级绕组共基电路，初次级绕组对地应有相同的同名端对地应有相同的同名端才是正反馈！才是正反馈！+-+vf-vivo3.2.1 变压器耦合变压器耦合LC反馈振荡器反馈振荡器发射极调谐型，部分耦合！发射极调谐型，部分耦合！共基电路，初次级绕组共基电路，初次级绕组对地应有相同的同名端对地应有相同的同名端才是正反馈！才是正反馈！思考：思考：1、电路的直流馈电？、电路的直流馈电？2、交流接地端位置？、交流接地端位置？3、此电路是否为正反馈？、此电路是否为正反馈？+-+-+-vf+3.2.1 变压器耦合变压器耦合LC反馈振荡器反馈振荡器基极调谐型，部分耦合！基极调谐型，部分耦合！共射电路，初次级绕组共射电路，初次级绕组对地应有相反的同名端对地应有相反的同名端才是正反馈！才是正反馈！思考：思考：1、电路的直流馈电？、电路的直流馈电？2、交流接地端位置？、交流接地端位置？3、此电路是否为正反馈？、此电路是否为正反馈？+-+-+-vivovf+互感线圈的极性判别互感线圈的极性判别1234磁棒磁棒初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈同极性端同极性端1234+CLRuiLici反馈信号反馈信号通过通过互感互感线圈引出线圈引出3.2.1 变压器耦合变压器耦合LC反馈振荡器反馈振荡器1、电路的组合式偏置、电路的组合式偏置2、如何减小、如何减小B?热敏二极管、热敏电阻热敏二极管、热敏电阻 采用限幅器采用限幅器3、用小信号网络参数分析起振条件、用小信号网络参数分析起振条件3.2.1 变压器耦合变压器耦合LC反馈振荡器反馈振荡器用小信号网络参数分析起振条件用小信号网络参数分析起振条件1.1.振荡器的振荡频率不仅决振荡器的振荡频率不仅决2.2.定于谐振回路的定于谐振回路的LC，还还与损与损3.3.耗电阻耗电阻r及晶体管的及晶体管的 h h 参参有有4.4.关。关。2.LC回路的损耗电阻回路的损耗电阻r=0，则振荡器的振荡频率与则振荡器的振荡频率与晶体管参数无关，晶体管参数无关，r越小，越小，回路品质因数越高，回路品质因数越高，晶体管参数的影响越小。晶体管参数的影响越小。3.2.1 变压器耦合变压器耦合LC反馈振荡器反馈振荡器用小信号网络参数分析起振条件用小信号网络参数分析起振条件起振条件 3.起振条件与电流放大倍数起振条件与电流放大倍数 hfb 及互感及互感M有关，有关，hfb 越大，越大，M越大，越易起振。越大，越易起振。3.2.1 变压器耦合变压器耦合LC反馈振荡器反馈振荡器起振条件 优点：优点：改变改变f时，时，B不变。不变。缺点：缺点：1、通过电感反馈，电感、通过电感反馈，电感上的分布电容，影响最上的分布电容，影响最终的输出频率，太大的终的输出频率，太大的分布电容会产生自谐振。分布电容会产生自谐振。2、感性元件反馈，高次、感性元件反馈，高次谐波产生的压降大，波谐波产生的压降大，波形差。形差。l第三章第三章 波形发生与变换电路波形发生与变换电路 （P218)3.1 LC反馈正弦波振荡器的工作原理反馈正弦波振荡器的工作原理3.2 反馈型晶体管反馈型晶体管LC振荡器电路振荡器电路3.3 频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路3.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 三端式三端式LC振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几几MHz到几百到几百MHz的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为电路高一些，约为103104量级，采取一些稳频措施后，量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。还可以再提高一点。三端式三端式LC振荡器有多种形式，主要有：振荡器有多种形式，主要有：电感三端式，又称电感三端式，又称哈特莱振荡器哈特莱振荡器(Hartley)；电容三端式，又称电容三端式，又称考毕兹振荡器考毕兹振荡器(Coplitts)；串联型改进电容三端式，又称串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器克拉泼振荡器(Clapp)；并联型改进电容三端式，又称并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器西勒振荡器(Selier)。LC三端式振荡器组成法则三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则相位平衡条件的判断准则)3.2.2 三端式振荡器三端式振荡器3.2.2 三端式振荡器三端式振荡器回路谐振时，电抗之和为零。回路谐振时，电抗之和为零。+-vi-+vo-+Vf 在三端式电路中在三端式电路中,回路中与发射极相连接的两个电抗元件必须为同性质回路中与发射极相连接的两个电抗元件必须为同性质,另外一个电抗元件必须为异性质。另外一个电抗元件必须为异性质。这就是三端式电路组成的相位判据这就是三端式电路组成的相位判据,或称为或称为三端三端式电路的相位平衡判别准则。式电路的相位平衡判别准则。以此准则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否起以此准则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否起振。也可用于分析复杂电路与寄生振荡现象。振。也可用于分析复杂电路与寄生振荡现象。与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时的三端式电路与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时的三端式电路,称为称为电容三端式电电容三端式电路路,也称为考毕兹也称为考毕兹(Colpitts)电路。电路。与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三端式电路与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三端式电路,称为称为电感三端式电路电感三端式电路,也称为哈特莱也称为哈特莱(Hartley)电路。电路。相位平衡判别准则应用相位平衡判别准则应用举例举例ecbL3L1L2C振荡能产生的条件？振荡能产生的条件？L3与与C组成的串联谐振回路呈组成的串联谐振回路呈现何种电抗特性？现何种电抗特性？若振荡频率为若振荡频率为f，则，则L3与与C组组成的串联谐振回路的谢振频率成的串联谐振回路的谢振频率f3与与f的关系为？的关系为？L3与与C组成的串联谐振回路呈现电容特性组成的串联谐振回路呈现电容特性3.2.2 电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路共射电路共射电路交流等效电路交流等效电路矢量图矢量图哈特莱哈特莱(Hartley)电路电路3.2.2 电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路此电路的实际电路如何画？此电路的实际电路如何画？哈特莱哈特莱(Hartley)电路电路共基电路共基电路3.2.2 电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路起振条件起振条件振荡频率起振条件回路折合到ce端的谐振电阻 p=L1/(L1+L2)在压控振荡器中，在压控振荡器中，哈特莱哈特莱(Hartley)电路出现较多！电路出现较多！(P 258-260)l3-1 l3-2l3-3l3-4l3-5l3-6l3-8l3-9Please hand your home work on time！